基于1H NMR技术的臭氧处理对Toma Piemontese PDO奶酪成熟过程中代谢组学特征的影响研究

为解决PDO奶酪表面微生物污染问题，研究人员通过1H NMR技术分析不同臭氧浓度（300/400 ppb）处理下Toma Piemontese奶酪的代谢变化，发现臭氧可抑制腐败菌群并改变糖水解和氨基酸代谢，为优化奶酪生产工艺提供科学依据。

　　

在意大利北部皮埃蒙特地区，Toma Piemontese奶酪作为拥有"原产地保护认证"（PDO）的传统乳制品，其独特的草香、黄油风味和微妙的松露尾韵深受消费者喜爱。然而，这种半硬质奶酪在长达60天的成熟过程中，极易受到霉菌和酵母菌的侵袭，传统的人工翻面和盐水擦拭方法不仅效率低下，还可能破坏奶酪表面微生物群落的生态平衡。更棘手的是，欧盟最新颁布的《第2024/1143号条例》对地理标志产品提出了更高的可持续发展要求，迫使生产商必须在保证品质的前提下寻找更环保的解决方案。

面对这一挑战，来自意大利的研究团队将目光投向了臭氧技术——这种被美国FDA列为"公认安全"（GRAS）的强效抗菌剂，在意大利国家食品安全委员会（CNSA）的规范下，已被允许用于奶酪熟化环境的消毒。但关键问题在于：低浓度臭氧处理会如何影响奶酪内部复杂的生化反应网络？特别是那些决定风味形成的代谢通路？为解答这个问题，研究人员创新性地将质子核磁共振（¹H NMR）技术引入PDO奶酪品质研究，通过代谢指纹图谱揭示臭氧处理对奶酪成熟过程的分子级影响。

研究团队采用了多组学交叉分析策略：首先优化臭氧处理参数，确定300 ppb（0.642 mg m^-3）每日8小时和400 ppb（0.856 mg m^-3）隔日8小时两种处理方案；随后通过¹H NMR检测水溶性提取物中的代谢物变化，结合化学计量学分析差异标志物；同时监测总需氧菌数（TMC）和真菌数（TFC）等微生物指标，建立微生物-代谢物关联模型。

Gaseous ozone treatment optimization

前期200 ppb臭氧处理效果不佳，提升至300-400 ppb后显著抑制表面腐败菌（p<0.05），且不会引起奶酪氧化变质，为后续代谢研究奠定基础。

Analytical parameters of Toma Piemontese PDO cheese during aging

臭氧处理组TFC值在成熟终点（T5）显著低于对照组（CTL），而TMC的降低更早出现在T3时期，说明臭氧对真菌的抑制作用更为迅速。粗蛋白含量变化显示，臭氧可能通过调节蛋白酶活性影响氨基酸释放。

¹H NMR代谢特征解析

所有样本中丁酮和谷氨酸随时间增加，反映基础成熟进程。但臭氧处理组在初期（T1-T3）即出现更高的苏氨酸含量，暗示臭氧可能激活特定蛋白水解途径。CTL组糖水解更活跃，对应更高的发酵活性；而臭氧处理组后期（T6）的丙酸和乙酸产量与苏氨酸代谢相关，这种差异可能源于臭氧对微生物群落的调控作用。

这项研究首次系统阐明了低浓度臭氧处理对PDO奶酪代谢网络的调控机制：在有效控制腐败微生物的同时，臭氧通过重塑奶酪表面微生态，间接影响蛋白水解和糖代谢两条关键通路，但不会改变丁酮等核心风味物质的积累。这一发现为PDO奶酪产业提供了双重保障——既满足欧盟对可持续生产的要求，又守护了传统奶酪的"味觉DNA"。更值得关注的是，研究建立的¹H NMR代谢指纹图谱方法，为地理标志产品的真实性鉴别和工艺优化提供了新的技术标准，有望推广至其他传统发酵食品的品质监控体系。正如研究者Botondi在讨论部分强调的："臭氧就像一把精准的微生物手术刀，而¹H NMR让我们第一次看清了这把刀如何在分子层面雕刻奶酪的风味图谱。"